以氮化鎵為基板之表面聲波元件之研製

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：97

、訪客IP：3.129.67.68

姓名

許哲隆(Che-Lung Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

以氮化鎵為基板之表面聲波元件之研製
(The study of fabrication of surface acoustic wave devices on GaN based substrates)

相關論文

★ 富含矽奈米結構之氧化矽薄膜之成長與其特性研究	★ P型氮化鎵歐姆接觸製作研究
★ 應用聚對位苯基乙烯高分子材料製作有機發光二極體	★ 氮離子佈植於氮化鎵之特性研究
★ 磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵對稱型平面摻雜場效電晶體研究	★ 1550 nm 直調式光纖有線電視長距離傳輸系統
★ 以保角映射法為基礎之等效波導理論：理想光波導之設計與分析	★ 銦鋅氧化膜基本特性及其與氮化鎵接觸應用之研究
★ 氮化鎵藍色發光二極體透明電極之製作與研究	★ 透明導電膜與氮化鎵接觸特性研究
★ 連續時間電流式濾波與振盪電路設計與合成	★ 氮化鋁鎵/氮化鎵異質接面金屬-半導體-金屬光檢測器之研究
★ 陣列波導光柵波長多工器設計與分析	★ 室溫沈積高穩定性之氮化矽薄膜及其光激發光譜研究
★ 雙向混合DWDM系統架構在80-km LEAF上傳送CATV和OC-48信號	★ N型氮化鎵MOS元件之製作與研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

論文摘要
本論文的研究內容為使用氮化鎵（GaN）做為基板材料，並以射頻式反應性濺鍍法（RF reactive sputtering）濺鍍氧化鋅（ZnO）壓電薄膜（Piezoelectric film）於氮化鎵基板上，再製作指叉狀電極轉換器（Interdigital transducer）於濺鍍出之基板上，以製作出的表面聲波元件（Surface acoustic wave device）來研究表面聲波在氮化鎵與氧化鋅所構成的壓電材料基板上所呈現出的特性。
首先我們使用濺鍍機（Sputter）將氧化鋅薄膜濺鍍於氮化鎵基板上，於濺鍍過程中改變濺鍍參數(入射射頻功率、反應室背景氣壓、氬氣與氧氣流量比例、、、等等)，以找出適合於製作表面聲波元件之氧化鋅壓電薄膜之最佳濺鍍條件，包括高阻值（Resistivity）、良好的結晶性（Crystallinity）、高順向度（Preferred orientation）、單一c-軸指向性（c-axis orientation）與低的表面粗糙度（Surface roughness）。在經過一系列的嘗試後我們所得到的最佳濺鍍條件為入射射頻功率250W、系統中通入氬氣與氧氣氣體之總流量為20sccm、氧氣佔總流量比例之30﹪以及背景氣壓10mtorr。
實驗過程中我們使用X光繞射儀（XRD）以及原子力顯微鏡（AFM）分別來分析氧化鋅薄膜於氮化鎵基板上的結晶特性與平整度，由量測的結果我們發現由以上最佳濺鍍參數條件下沉積所得厚度約2μm之氧化鋅薄膜不但具有相當良好的結晶性，且呈現出單一垂直基板方向之c-軸指向性；在薄膜表面粗糙度的表現方面Rq（均方根值）值約僅有3nm，可說是十分適合用於製作表面聲波元件。
接著我們以一般半導體製程中之微影製程技術，製作指叉狀電極轉換器於濺鍍出的壓電材料基板上製作出表面聲波元件，並以網路分析儀量測表面聲波元件的特性，觀察元件的操作頻率與表面聲波的波速，並與其他相關的研究相互比較。我們所設計的指叉狀電極轉換器所產生的表面聲波波長為20μm，於氧化鋅/氮化鎵基板上所製作出之表面聲波元件量測到的聲波頻率約為322MHz，由此所得到之聲波波速約為6440m/s。

關鍵字(中)

★ 氧化鋅
★ 氮化鎵
★ 表面聲波

關鍵字(英)

★ SAW
★ ZnO
★ GaN

論文目次

目錄
論文摘要……………………………………………………………I
目錄…………………………………………………………………III
圖目………………………………………………………………VI
表目…………………………………………………………IX
第一章緒論……………………………………………………1
第二章表面聲波元件之簡介…………………………………4
2-1固體中之彈性波…………………………………………4
2-2 表面聲波之原理………………………………………4
2-3 表面聲波元件……………………………………………5
2-3.1 壓電效應…………………………………………5
2-3.2 表面聲波元件之結構……………………………6
2-3.3 指叉狀電極轉換器之設計………………………7
2-4 表面聲波元件之應用……………………………………8
第三章氧化鋅與氮化鎵之材料性質…………………………10
3-1 氧化鋅之材料特性……………………………………10
3-1.1 氧化鋅之晶格結構………………………………10
3-1.2 氧化鋅之半導體特性……………………………10
3-1.3 氧化鋅之應用與表面聲波特性…………………11
3-2 氮化鎵之材料特性………………………………………11
3-2.1氮化鎵之晶格結構……………………………12
3-2.2 氮化鎵之半導體特性……………………………12
3-2.3 氮化鎵之應用與表面聲波特性…………………12
3-3 其他常用壓電材料簡介………………………………13
第四章氧化鋅薄膜之濺鍍與量測結果………………………14
4-1 RF濺鍍之原理簡介……………………………………14
4-1.1 輝光放電…………………………………………14
4-1.2 射頻賤鍍…………………………………………15
4-1.3 反應性賤鍍………………………………………17
4-2 濺鍍機的系統裝置……………………………………18
4-3 薄膜的濺鍍流程與參數………………………………18
4-3.1濺鍍過程控制之參數……………………………18
4-3.2薄膜濺鍍之流程…………………………………19
4-4 ZnO成長於GaN基板上之量測結果…………………20
第五章表面聲波元件之製作與量測…………………………27
5-1 電極轉換器之參數設計………………………………27
5-2 電極轉換器之微影製程………………………………27
5-3 表面聲波元件之量測結果…………………………29
5-3.1表面聲波元件之量測方法………………………29
5-3.2 於鈮酸鋰基板上製作表面聲波元件之量測結果.30
5-3.2於氧化鋅/氮化鎵基板上製作表面聲波元件之量測結果…………………………31
第六章結論………………………………………………32
6-1 氧化鋅薄膜的成長部分…………………………32
6-2 表面聲波元件的製作部分…………………………33
參考文獻…………………………………………………………34

參考文獻

參考文獻
【1】 C. W. Tuner, “Acoustoelectric device applications of piezoelectric and semiconducting thin films”, Journal of Vacuum Science and Technology, vol.7, no.2, pp. 304-308, 1969.
【2】 L. Rayleigh, ”On waves propagation along the plane surface of an elastic solid”, Proc. London Math. Soc., vol.17, pp.4-11, 1885.
【3】 D. P. Moran, “ Surface-wave devices for signal processing”, Elsevier, pp. 29-35, 1985.
【4】 R. M. White and F. W. Voltmer, ”Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves”, Applied Physics Letters, vol. 7, pp. 314-316, 1965.
【5】 C. Campbell, “Surface acoustic waves and their signal processing applications”, Academic Press, pp. 44-46, 1989.
【6】 D. P. Morgan, “History of SAW devices”, IEEE Transcations on Ultrasonics, Ferroelectronics and Frequency Control Pasadena, 1998.
【7】 B. Drafts, “Acoustic wave technology sensors”, IEEE Transcations on Microwave Theory and Techniques, vol. 49, no. 4, pp. 795-802, Apr. 2001.
【8】 D. Ciplys, R. Rimeika, A. Sereika, R. Gaska, M.S. Shur, J. W. Yang and M. A. Khan, “GaN-based SAW delay-line oscillator”, Electronic Letters, vol. 37, no. 8, pp. 545-546, 12th Apr. 2001.
【9】 D. Ciplys, R. Rimeika, M.S. Shur, R. Gaska, A. Sereika, J. W. Yang and M. A. Khan, “Radio frequency response of GaN-based SAW oscillator to UV illumination by the Sun and man-made source”, Electronic Letters, vol. 38, no. 3, pp. 134-135, 31st Jan. 2002.
【10】 D. Ciplys, R. Rimeika, M. S. Shur, R. Gaska, J. Deng, J. W. Yang and M. A. Khan, “Acousto-optic diffraction of blue and red light in GaN”, Applier Physics Letters, vol. 80, no. 10, pp. 1701-1703, 11 Mar. 2002.
【11】 R. Rimeika, D. Ciplys, J. W. Yang, M. A. and E. T Khan, M. S. Shur and E. Towe, “ Diffraction of guided optical waves by surface acoustic waves in GaN”, Applied Physics Letters, vol. 77, no. 4, pp. 480-482, 24 July 2000.
【12】 H. Kim, Y. Lee, Y. Roh, J. Jung, M. Lee and H. Kwon, “Development of ZnO thin films for SAW devices by the ultrasonic spray pyrolysis technique”, IEEE Ultrasonic Symposium, pp. 323-326, 1998.
【13】 L. J. Meng and M P dos Santos, “Characterizations of ZnO films prepared by dc reactive magnetron sputtering at different oxygen partial pressures”, Vacuum, 46, pp. 1001-1004,1 995.
【14】 Y. Yoshino, T. Makino, Y. Katayama and T. Hata, “Optimization of zinc oxide thin film for surface acoustic wave filters by radio frequency sputtering”, Vacuum, 59, pp. 538-545, 2000.
【15】 H. Ieki and M. Kaota, “ZnO thin films for high frequency SAW devices”, IEEE Ultrasonic Symposium, pp. 281-289, 1999.
【16】 M. S. Wu, W. C. Shin and W. H. Tsai, “Growth of ZnO thin film on interdigital transducer/Corning 7059 glass substrates by two-step fabrication methods for surface acoustic wave applications”, J. Phys. D: Appl. Phys., 31, pp. 943-950, 1998.
【17】 M. Y. Han and J. H. Jou, “Determination of the mechanical properties of r.f.-magnetron-sputtered zinc oxide thin films on substrates”, Thin Solid Films, 260, pp. 58-64,1995.
【18】 G. J. Exarhos and S. K. Sharma, “Influence of processing variables on the structure and properties of ZnO films”, Thin Solid Films, 270, pp. 27-32, 1995.
【19】 P. Nunes, E. Fortunato and R. Martins, “Influence of the post-treatment on the properties of ZnO thin films”, Thin Solid Films, 383, pp. 277-280, 2001.
【20】 M. Purica, E. Budianu and E. Rusu, “ZnO thin films on semiconductor substrate for large area photodetector applications”, Thin Solid Films, 383, pp. 284-286, 2001.
【21】 C. T. Lee, Y. K. Su and H. M. Wang, “Effect of R.F. sputtering parameters on ZnO films deposited onto GaAs Substrates”, Thin Solid Films, 150, pp. 283-289, 1987.
【22】 C. T. Lee, Y. K. Su and S. L. Chen, “Dependence of ZnO films sputtering parameters and SAW device on ZnO/InP”, Journal of Crystal Growth, 96, pp. 785-789, 1989.
【23】 K. Yamanouchi, N. Sakurai and T. Satoh, “SAW propagation characteristics and fabrication technology of piezoelectric thin film/diamond structure”, IEEE Ultrasonic Symposium, pp. 351-354, 1989.
【24】 T. F. Huang, T. Ueda, S. Spruytte and J. S. Harris Jr., “Growth and effects of single-crystalline ZnO buffer layer on GaN epitaxy”, 1997 IEEE International Symposium on Compound Semiconductor, pp. 11-14, 1998.
【25】 S. H. Lee, H. H. Jeong, S. B. Bae, H. C, Choi, J. H. Lee and Y. H. Lee, “Epitaxially grown GaN thin-film SAW filter with high velocity and low insertion loss”, IEEE Transcations on Electron Devices, vol. 48, no.3, pp. 524-529, Mar. 2001.
【26】 Z. Hadjoub, I. Beldi, M. Bouloudnine, A. Gacem and A. Doghmane, “Thin film loading effects on SAW velocity dispersion curves”, Electronic Letters, vol. 34, no. 3, pp. 313-315, 5th Feb. 1998.
【27】 Brian Chapman, “ Glow discharge process”, John Wiley & Sons, pp. 177-184, 1980.

指導教授

李清庭(Ching-Ting Lee)

審核日期

2002-7-18

推文